Gli scienziati rivelano i segreti dei fononi nel nuovo design del trampolino!

Gli scienziati rivelano i segreti dei fononi nel nuovo design del trampolino!

Uno sviluppo rivoluzionario nel campo della fisica ha prodotto una nuova struttura che funge da guida d’onda per i fononi. Questa tecnologia innovativa, un trampolino in nitruro di silicio, è stata progettata da un team di fisici dell'Università di Costanza, dell'Università di Copenaghen e dell'ETH di Zurigo. Con una larghezza di soli 0,2 millimetri e un tappeto da salto spesso 20 milionesimi di millimetro, il trampolino è caratterizzato da uno schema di fori triangolari e oscilla in diverse direzioni. Al centro si verifica uno straordinario “trampolino nel trampolino”, con le vibrazioni che si sviluppano secondo uno schema triangolare perfetto. Tali proprietà rendono possibile la conduzione dei fononi “dietro gli angoli” quasi senza perdite.

I fononi, descritti come “quanti sonori”, sono componenti essenziali delle vibrazioni nel reticolo cristallino di un solido. Forte uni-konstanz.de Questo trampolino può guidare i fononi attorno a curve strette fino a 120 gradi, con un rapporto di perdita notevolmente inferiore a uno su diecimila. Questo tasso di perdita è paragonabile alla moderna tecnologia delle telecomunicazioni, indicando un grande potenziale per questa tecnologia nelle applicazioni pratiche.

Ricerca e sviluppo

Il progettista di questo affascinante trampolino, il Prof. Dr. Oded Zilberberg, ha considerato anche la possibilità di sviluppare un modello a misura d'uomo. Questa ricerca è supportata da diverse istituzioni, tra cui il Consiglio europeo della ricerca e la Fondazione tedesca per la ricerca. I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Nature, sottolineando la rilevanza e il livello di innovazione di questo lavoro.

Questi sviluppi si collocano in un contesto che enfatizza la rilevanza delle strutture fononiche e la loro applicazione nelle tecnologie moderne. Ad esempio, negli esperimenti di Jiade Li e dei suoi colleghi presso l’Istituto cinese di fisica, lo spettro fononico del grafene è stato registrato in modo estremamente dettagliato. Questi studi mostrano che i fononi nei cristalli possono agire secondo una struttura a bande con caratteristiche topologiche. Il grafene ha già rilevato elettroni topologici e le nuove scoperte suggeriscono che esistano anche fononi topologici. Come aps.org riportato, questo è cruciale per la comprensione e lo sviluppo di dispositivi fononici.

Fononi topologici e loro applicazioni

I materiali topologici sono caratterizzati da proprietà speciali, come correnti superficiali prive di dissipazione, che sono meno sensibili alle impurità e ai difetti. Ciò ha aperto la possibilità di sviluppare dispositivi fononici come i diodi fononici. La ricerca futura si concentrerà sul rilevamento degli stati limite fononici topologici, che è importante per l'implementazione tecnologica.

Oltre ai progetti innovativi nella ricerca sui fononi, è importante conoscere meglio i fononi così come si presentano nei cristalli che preservano la simmetria speculare o di inversione. In questo contesto, i ricercatori hanno dimostrato in studi recenti che i fononi di Weyl esistono in strutture non centrosimmetriche. I fononi di Weyl sono descritti dal numero di Chern e consentono la classificazione basata su simmetrie rotazionali (a vite). Forte natura.com Questi fononi topologici sono stati rilevati sperimentalmente mediante diffusione anelastica di raggi X.

In sintesi, la combinazione degli sviluppi nella tecnologia dei trampolini e della ricerca sui fononi topologici apre prospettive promettenti per le tecnologie future. Si prevede che la combinazione di modelli teorici e risultati sperimentali inaugurerà una nuova era nella fisica dei materiali allo stato solido.